手持GPS定位儀在電力工程測(cè)量中的應(yīng)用

張小東

(佛山市南海環(huán)粵勘測(cè)有限公司，廣東 佛山 528000)

近幾年，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展完善，使其在各類(lèi)大地測(cè)量控制網(wǎng)的加強(qiáng)改造和建立以及在公路工程、電力工程測(cè)量和大型構(gòu)造物的變形測(cè)量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。尤其是GPS技術(shù)發(fā)展來(lái)的手持GPS定位技術(shù)在電力測(cè)量中的應(yīng)用，提高了測(cè)量的工作效率和測(cè)點(diǎn)的精度，極大的促進(jìn)了電力建設(shè)的發(fā)展。

1 手持GPS的特點(diǎn)與組成

1.1 儀器型號(hào)

在這里我們所探討分析的是美國(guó)Trimble公司生產(chǎn)的GEO XT手持式GPS。該儀器采用Windows CE操作系統(tǒng),將GPS定位和POCKET PC有機(jī)結(jié)合起來(lái)。

1.2 儀器特點(diǎn)

(1)定位精度高

該儀器可以提供亞米級(jí)的定位精度。采用多路徑抑制技術(shù),并行12通道接收模式,定位速度更快,利用自帶的Trimble Terra Sync軟件記錄觀測(cè)數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)后處理可以獲得更高的定位精度。

(2)功能全

該儀器能將特征地物疊加顯示到矢量或柵格格式的背景地圖上,這樣易于定位和導(dǎo)航。甚至可以連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器上來(lái)直接顯示互聯(lián)網(wǎng)上的背景數(shù)據(jù)。儀器除可以使用自帶的多種坐標(biāo)系統(tǒng)外,還可以通過(guò)輸入各種參數(shù)定義自己的坐標(biāo)系統(tǒng)。

(3)操作簡(jiǎn)便

該手持機(jī)是結(jié)合Trimble公司在研制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方面多年經(jīng)驗(yàn)積累而開(kāi)發(fā)的,內(nèi)置了多款實(shí)用性軟件。和Trimble公司的RTK GPS手簿操作上很相似,交互式的觸摸屏使記錄和更新數(shù)據(jù)變得異常簡(jiǎn)單。

2 在架空輸電線路選線中的應(yīng)用

架空輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分,它將發(fā)電廠、變電站、配電設(shè)備和電力用戶聯(lián)結(jié)成一個(gè)有機(jī)整體。輸電線路應(yīng)繞避不良地質(zhì)和水文地段,以保證輸電線路的安全。另外,還應(yīng)盡量繞避村莊、重要建筑物以及少占農(nóng)田等。

近幾年,架空輸電線路每千米本體造價(jià)已經(jīng)攀升到幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)不等,各級(jí)政府對(duì)線路走廊的審批越來(lái)越嚴(yán)格。新增建筑物、工廠、規(guī)劃區(qū)隨處可見(jiàn)。我國(guó)現(xiàn)用的1：1萬(wàn)和1：5萬(wàn)地形圖大都是上世紀(jì)70年代、80年代或更早測(cè)繪的,比較陳舊,實(shí)地與圖面上地理信息存在較多不符。

傳統(tǒng)的選線工作依靠羅盤(pán)、目測(cè)等方法將各種新增地物展繪到地形圖上,這種選線方法很大程度上取決于勘測(cè)設(shè)計(jì)人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平,不僅效率低而且容易出錯(cuò)。GEO XT手持GPS單點(diǎn)定位精度在10m左右,完全滿足架空輸電線路的選線要求。將輸電線路所在地區(qū)的中央經(jīng)線、1954年北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系的橢球參數(shù)輸入手持GPS機(jī)中,就可以實(shí)時(shí)提供測(cè)量點(diǎn)的1954年北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系的三維坐標(biāo),將坐標(biāo)直接展繪到地形圖上方便快捷。如能結(jié)合衛(wèi)片進(jìn)行選線可以提高選線精度和效率。將所測(cè)數(shù)據(jù)用隨機(jī)軟件導(dǎo)入到AutoCAD中還可以進(jìn)行路徑優(yōu)化。

3 在架空輸電線路終勘中的應(yīng)用

3.1 實(shí)測(cè)通訊線

架空輸電線路終勘時(shí),一般先進(jìn)行首級(jí)GPS控制測(cè)量或航測(cè)外控。在終勘時(shí)應(yīng)充分發(fā)揮GPS靜態(tài)相對(duì)定位的優(yōu)勢(shì),將GPS靜態(tài)解算求取的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)應(yīng)用于手持GPS中以提高定位精度。

特高壓輸電線路規(guī)范要求測(cè)量輸電線路兩側(cè)1.0km內(nèi)的通訊線分布圖,如采用RTK進(jìn)行測(cè)量,必定占用GPS流動(dòng)站，影響終勘定位的速度。在淮南至上海1000kV(楊崗集段)特高壓輸電線路終勘時(shí)，使用GEO XT手持式GPS實(shí)測(cè)通訊線，省時(shí)、省力，而且可以節(jié)約一個(gè)GPS流動(dòng)站，方法是:將航測(cè)外控求取的坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)輸入到手持GPS中，實(shí)測(cè)輸電線路兩側(cè)的通訊線。在測(cè)量過(guò)程中，如遇到前期的GPS控制點(diǎn)，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行校測(cè)并將該點(diǎn)加入到坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)求取中，提高坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)的精度。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量完畢后，將手持GPS數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Auto-CAD中，將路徑圖進(jìn)行疊加生成通訊線分布圖。

3.2 尋找塔位樁

地質(zhì)勘探專(zhuān)業(yè)使用手持GPS，只需將測(cè)量專(zhuān)業(yè)提供的塔位坐標(biāo)輸入手持機(jī)，利用其導(dǎo)航功能，可以方便尋找到塔位樁，但在林區(qū)、城市狹隙地帶定位精度較低。洛南至欒川220kV輸電線路，全線林木茂密，山高溝深。使用手持GPS尋找塔位樁時(shí)我們摸索出一種方法:首先，手持GPS在開(kāi)闊處實(shí)測(cè)一坐標(biāo)，將坐標(biāo)展繪到航片或地形圖上，以判斷該測(cè)量點(diǎn)的正確性，然后利用手持GPS指示的導(dǎo)航方位來(lái)進(jìn)行尋塔位樁，利用該方法逐步逼近塔位樁。在林區(qū)或城區(qū)采用該方法可以加快工作效率。

4 在變電站、發(fā)電廠選址中的應(yīng)用

變電站、發(fā)電廠選址是電力系統(tǒng)規(guī)劃工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在電網(wǎng)規(guī)劃中起決定性的作用。變電站、發(fā)電廠位置直接影響著未來(lái)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、供電質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。變電站、發(fā)電廠選址除了要做到投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求外，還要滿足地形地質(zhì)、線路走廊、交通、氣象、防洪、防污、與城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃相一致等各方面的要求。尤其變電站、發(fā)電廠與各種危險(xiǎn)源(如:微波塔、加油站、天然氣管道等)的相對(duì)位置關(guān)系尤為重要。傳統(tǒng)確定平面位置的方法是參考地形圖上的地形、地物及其他明顯目標(biāo)的相對(duì)位置來(lái)確定，這種方法不僅效率低，而且對(duì)設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)要求較高。

利用GEO XT手持GPS的導(dǎo)航功能和各種計(jì)算功能，可以實(shí)時(shí)顯示出變電站、發(fā)電廠與各種危險(xiǎn)源之間的相對(duì)位置，使變電站、發(fā)電廠選址工作更加方便，提高了電網(wǎng)規(guī)劃的效率和質(zhì)量。

5 注意事項(xiàng)

(1)手持GPS的定位精度與衛(wèi)星個(gè)數(shù)及其分布的幾何位置有關(guān)。在開(kāi)闊地區(qū)，搜索衛(wèi)星信號(hào)的速度極為迅速，初始化時(shí)間也較短，但在林區(qū)或城區(qū)等隱蔽區(qū)域測(cè)量精度較低。

(2)坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置尤為重要，參與坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)求取的點(diǎn)必須具有代表性，選取的點(diǎn)盡量均勻分布且能涵蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。

(3)充分發(fā)揮GPS靜態(tài)相對(duì)定位的優(yōu)勢(shì)，將GPS靜態(tài)解算時(shí)求取的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)應(yīng)用于手持GPS中，可以大幅度提高手持GPS的定位精度。

(4)手持GPS配合衛(wèi)片，選擇輸電線路路徑切實(shí)可行，不僅降低了勘測(cè)設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度而且提高了選線精度。

6 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

前面我們介紹的是正規(guī)的測(cè)量程序，它適用于精度要求較高的測(cè)量工程，而在實(shí)際工作中我們很多時(shí)不需要測(cè)量精度很高，也不需要?dú)w算到固定的坐標(biāo)系統(tǒng)上，如在電力線路設(shè)計(jì)時(shí)的斷面測(cè)量工作。在電力線路斷面測(cè)量時(shí)，根據(jù)應(yīng)用軟件的需要只需測(cè)量里程、線路轉(zhuǎn)角和相對(duì)起點(diǎn)的高差或高程，線路征地時(shí)也僅是符合到相應(yīng)的佛山54坐標(biāo)系統(tǒng)上。在這種情況下做一套正規(guī)的測(cè)量GPS網(wǎng)也沒(méi)有必要，實(shí)際工作時(shí)我們?cè)跍y(cè)區(qū)內(nèi)收集5個(gè)已知控制點(diǎn)，其坐標(biāo)系統(tǒng)為54佛山坐標(biāo)系，高程系統(tǒng)為1956年高程系，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件將網(wǎng)格坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成WGS0-84坐標(biāo)，再利用轉(zhuǎn)換WGS-84坐標(biāo)和對(duì)應(yīng)網(wǎng)格坐標(biāo)在內(nèi)業(yè)做點(diǎn)校正，形成一個(gè)測(cè)區(qū)文件。外業(yè)測(cè)量時(shí)我們無(wú)需將基準(zhǔn)站架設(shè)到已知點(diǎn)上，因?yàn)榇蟛糠秩屈c(diǎn)都位于山頂上。將基準(zhǔn)站設(shè)備抬到山上很不現(xiàn)實(shí)，實(shí)際工作時(shí)我們?nèi)我鈱⒒鶞?zhǔn)站架設(shè)到交通便利的較高位置處，現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)以手簿位置坐標(biāo)為基準(zhǔn)采集一個(gè)網(wǎng)格坐標(biāo)，以該點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)啟動(dòng)基準(zhǔn)站，然后直接進(jìn)入斷面測(cè)量工作。

結(jié)束語(yǔ)

目前，電力行業(yè)發(fā)展迅速，架空輸電線路和電站建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)架空輸電線路現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及電站選址要求也越來(lái)越高。通過(guò)利用手持GPS定位技術(shù)使輸電線路應(yīng)避開(kāi)不良地質(zhì)、水文地段和電廠選址工作更加方便，提高了電網(wǎng)規(guī)劃的效率和質(zhì)量。因此，手持GPS定位技術(shù)值得推廣應(yīng)用。

[1]孔令權(quán)，裴德智.全球定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)GPS）在電力工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2009，14

[2]劉明清.GPS手持接收機(jī)在電力測(cè)量中的應(yīng)用[J].工程勘察，2006.